Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса 10
1 Физико-механические свойства продуктов размола зерна и мучной пыли в технологических схемах агропромышленных предприятий по переработке зерна 10
2 Требования, предъявляемые к качеству очистки воздушных потоков на предприятиях по первичной обработке и переработке зерна 13
3 Классификация устройств и способов, используемых для очистки пы-левоздушных потоков 15
4 Устройства и способы, применяемые для отделения продукта от воздуха в системах пневмотранспорта 23
5 Анализ устройств и способов для фракционирования продуктов размола зерна на малоагрегатных мельничных модулях 25
6 Анализ конструкций центробежных пневмоклассификаторов 30
7 Выводы 49
Теоретические исследования процесса пневмосепа-рации продуктов размола в кольцевом канале при помощи центробежно-вибрационной составляющей 51
1 Расчет пневмоцентробежной сепарации и виброперемещения продуктов размола 51
2 Вынужденные колебания в сепараторе 53
3 Движение твердой частицы в воздушном потоке 56
4 Движение частицы на поверхности конуса 62
2.5 Относительный покой частицы на поверхности конуса 66
2.6 Отскок частицы от поверхности конуса 68
2.7 Перемещение и вывод частиц, выделенных в процессе пневмосепарации а кольцевом вращающемся пространстве посредством вибраций 68
2.8 Дифференциальные уравнения колебаний цилиндра 70
2.9 Выбор параметров, обеспечивающих самодвижение слоя сепарированных частиц на поверхности цилиндра 73
2.10 Выводы 78
3. Программа, методика экспериментальных исследований и математическое моделирование процесса пневмосепарации 81
3.1 Общая методика проведения экспериментальных исследований 81
3.1.1 Планирование эксперимента и статистическая обработка экспериментальных данных 82
3.2 Исследование дисперсного состава продуктов размола зерна 84
3.2.1 Определение гранулометрического состава мучного продукта 85
3.2.2 Анализ работы разгрузителей и пылеотделителей размольного отделения пневмотранспортирующих установок на мельнице №2 ЗАО «Алейскзернопродукт» им. С.Н. Старовойтова и малогабаритных мельниц агропромышленного комплекса 93
3.3 Определение эффективности процесса пневмосепарации продуктов размола зерна и очистки воздушного потока от мучной пыли 98
3.3.1 Определение параметра эффективности 98
3.3.2 Ожидаемые законы распределения параметров эффективности 99
3.4 Испытания пневмоинерционного классификатора 107
3.4.1 Экспериментальный стенд пневмоинерционного классификатора 107
3.4.2 Измерение скорости и расхода воздуха 109
4. Результаты экспериментальных исследовании и их анализ 112
4.1 Анализ результатов эксперимента по определению эффективности пневмосепарации продуктов размола зерна и очистки воздушного потока от мучной пыли 112
4.2 Результаты экспериментов по исследованию влияния удельного расхода воздуха на эффективность пневмосепарирования 119
4.3 Результаты проведения эксперимента по определению оптимального расхода материала, поступающего в пневмоклассификатор 121
4.4 Результаты испытаний пневмоклассификатора 123
4.4.1 Испытания пневмоклассификатора при различных режимах работы вибрации 123
4.5 Анализ математической модели процесса пневмосепарирования, оптимизация параметров, обоснование выбора параметров инерционного сепаратора для продуктов размола зерна и воздушно-пылевой смеси 125
4.6 Выводы 135
Общие выводы 141
Литература 143
Приложения 153
- Классификация устройств и способов, используемых для очистки пы-левоздушных потоков
- Выбор параметров, обеспечивающих самодвижение слоя сепарированных частиц на поверхности цилиндра
- Определение гранулометрического состава мучного продукта
- Анализ математической модели процесса пневмосепарирования, оптимизация параметров, обоснование выбора параметров инерционного сепаратора для продуктов размола зерна и воздушно-пылевой смеси
Введение к работе
В настоящее время широкое распространение получили малогабаритные комплектные мельницы, работающие в системе предприятий агропромышленного комплекса. По данным Росстата на 1 января 2005 г. производством муки у нас в стране занималось 495 средних и крупных предприятий и 1662 малых предприятия, суммарная мощность которых составила 10,8 млн. т. муки в год. В 1990 году в России насчитывалось всего 380 мельзаводов, которые, однако, производили 20 млн. т муки. В Алтайском крае насчитывается около 420 мельниц малой производительности, которые вырабатывают около 46% всего объема производимой в крае муки [66].
Российский Союз мукомольных и крупяных предприятий отмечает, что «на маломощных мельницах неэффективно используется сырье, низкая производительность труда, применяются примитивные слаборазвитые технологии, нет возможности контролировать качество зерна и готовой продукции». Безусловно, мини-мельница не может по качеству продукции и организации производства конкурировать с мельзаво-дами, но заниматься вопросами повышения эффективности работы таких мельниц, необходимо [49].
Анализ мини-мельниц с целью улучшения их работы необходимо вести по многим направлениям: с точки зрения технологической эффективности, экономической эффективности, надежности оборудования, энергоемкости, эргономичности, ремонтопригодности, оснащенности средствами дистанционного управления и контроля, экологичности, возможности экономии тепла в зимнее время за счет введения режима рециркуляции воздуха в производственном помещении и др. [27,41].
Кроме того, следует отметить, что мини-мельница - это не только комплекс зерноочистительного, размольного, транспортного и аспирационного оборудования, но и пожаро-взрывоопасный объект, который должен быть оборудован устройствами взрывопредупреждения и взрывозащиты, где должен соблюдаться пылевой режим [12].
Технология современного мукомольного завода сложна и энергоемка, и мельница малой производительности не может являться его уменьшенной копией. В целях экономии, мельницы малой производительности работают по сокращенным технологическим схемам, в которых могут отсутствовать отдельные технологические операции, что, безусловно, отражается на качестве продукции.
Значительной экономии при неизменном качестве можно добиться за счет применения в малых агрегатных мельничных модулях многофункциональных устройств. В данной работе предлагается производить разделение продуктов размола зерна на этапе выделения твердой фракции из аэродисперсного потока при пневмотранспорти-ровании в пневмоцентробежном классификаторе.
В системах пневмотранспорта зерноперерабатывающих предприятий для отделения перемещаемого продукта от воздуха используются циклоны-разгрузители, запыленный воздух после которых поступает на очистку в фильтры циклоны или батарейные циклоны, при этом он имеет еще высокую остаточную запыленность из-за низкой эффективности работы разгрузителя при выделении мелкодисперсных частиц.
Эффективное разделение аэродисперсных систем позволит извлечь из воздушно-пылевого потока ценные пищевые продукты, а так же снизить интенсивность изнашивания трущихся поверхностей оборудования и предотвратить возможность возникновения пылевых взрывов. Поэтому одной из задач, поставленной в данной работе - повысить качество отделения твердой фазы из аэросмеси в процессе пневмотранспортирования за счет интенсификации центробежной сепарации мелкодисперсных частиц.
Методы инерционной центробежной сепарации мелкодисперсных частиц широко распространены во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства благодаря простоте конструкции используемых устройств, низкому расходу энергии и возможности работы в условиях высоких температур и давлений.
В сельскохозяйственном производстве при работе блочно-модульных установок по переработке зерна в муку и крупу для очистки воздуха от пыли в аспирационных сетях, а также для отделения продукта от воздуха в пневмотранспортных сетях так же используют инерционно-гравитационные центробежные пылеотделители - циклоны [25]. Однако данный тип отделителей имеет и ряд недостатков таких, как низкая эффективность очистки при работе на полидисперсных аэрозолях, что не позволяет применять режим рециркуляции воздуха в помещении. Как показывает опыт работы сепарационной техники, наибольший эффект разделения можно достичь при помощи устройств, которые в своей работе применяют не один, а несколько принципов сепарации и факторов определяющих данный процесс [43, 66].
Пылевые частицы в циклоне сепарируются в кольцевом пространстве между двумя цилиндрическими поверхностями, расположенными концентрично.
Из литературных данных известно, что дисперсность отделяемых в циклоне частиц тем мельче, чем меньше вязкость воздуха и наружный радиус циклона и чем больше плотность пыли, частота вращения частиц пыли и число витков, которое она совершает.
Вязкость для данного состояния воздуха - величина постоянная, также как и плотность для пыли данного типа. Уменьшать отношение наружного радиуса циклона к внутреннему не возможно до бесконечности. Следовательно, чтобы повысить эффективность сепарации мелкодисперсной пыли в центробежном отделителе, необходимо увеличить частоту вращения частиц или создать такие условия сепарации, при которых частица совершала бы максимальное число витков, двигаясь по винтовой траектории в кольцевом пространстве.
В пылевоздушных потоках, разделяемых в циклонах и циклонах-разгрузителях, содержится значительное количество мелкодисперсных частиц, и при увеличении эффективности работы пылеотделителей данного типа, речь идет именно о таких частицах.
В данной работе рассматривается поведение частицы в центробежно-гравита-ционном поле, при изменении различных влияющих на процесс сепарации параметров, рассматривается теоретическая часть проектирования пневмоцентробежного классификатора, предназначенного для разделения продуктов размола зерна с возможностью улавливания мелкодисперсных частиц, очистки воздуха от пыли.
В основном изучается процесс выделения частиц с последующим их осаждением на поверхность и вибротранспортированием по ней. Формулируются дифференциальные уравнения движения отдельной частицы в воздушном вращающемся кольцевом пространстве, а также пневмоинерционного осаждения частицы на внутреннюю поверхность наружного конуса кольцевого пространства, с дальнейшим виброперемещением по ней.
Одной из задач современного производства является снижение пылевыделений на каждом этапе обработки и переработки зернового сырья.
Продукты измельчения зерновых материалов состоят из частиц различной дисперсности и неправильной геометрической формы. Разделение таких частиц, их поведение в аппаратах, взаимодействие с рабочими органами неодинаково. Поэтому для обоснованного выбора и правильной оценки работы разделительных устройств необходимы сведения о дисперсном составе продуктов размола [9,105].
Задача получения высококачественной продукции в условиях производства с помощью ситового разделения продуктов размола приводит к увеличению площади производственных помещений, занимаемых оборудованием, к многократному перемещению продуктов как внутри отдельной машины, так и от одной машины к другой, что влечет за собой значительные затраты электроэнергии. Кроме того, диапазон размеров разделяемых частиц ограничивается проходным размером отверстий сит. Исходя из вышесказанного, актуальным направлением является научный поиск методов разделения аэродисперсных потоков, основанных на других принципах, например, центробежных, пневмоцентробежных. Важной особенностью работы классификаторов такого типа является возможность выделения весьма тонкой фракции с размерами до 90 мкм, характеризующиеся высоким содержанием белка, что современные ситовые поверхности не позволяют.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель настоящего исследования - повышение эффективности процесса разделения продуктов размола зерна в процессе их пневмотранспортирования на зерноперерабатывающих предприятиях. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
- разработать основы механико-технологической модели процесса сепарации продуктов размола в кольцевом канале, заключенном между двумя твердыми вращающимися виброконусами, и обосновать выбор параметров;
-определить экспериментально оптимальные параметры разделения продуктов размола в пневмоинерционном классификаторе, сравнить их с данными, полученными математическим моделированием.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ. В качестве объекта исследований рассматривался процесс пневмосепарации продуктов размола и устройство для его осуществления на малогабаритной мельнице.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ состоит в установлении взаимосвязи между эффективностью процесса разделения продуктов размола зерна в пневмоцентробежном поле и взаимодействием продуктов размола с виброповерхностью.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработан способ разделения продуктов размола зерна в центробежно-гравитационном поле и устройство для его осуществления, которое может применяться в качестве классификатора и разгрузителя в системах пневмотранспорта, как для отделения продукта от воздуха, так и для отбора отдельных фракций из продуктов размола зерна, поступающих с различных систем.
Получено математическое описание и определены основные закономерности процесса сепарации частиц в кольцевом воздушном канале, определены скорости и ускорения движения частиц.
Исследовано влияние различных факторов на процесс сепарации в пневмоцентробежном классификаторе.
На основе принципов механики разработана модель перемещения частиц по поверхности рабочего элемента. Все это позволило разработать рекомендации по проектированию пневмоцентробежного классификатора, предназначенного для разделения продуктов размола зерна.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. По результатам работы и на основании проведенных исследований обоснованы технологические режимы сепарирования продуктов размола зерна на зерноперерабатывающих предприятиях.
Все расчеты производились при помощи математического редактора Mathcad 6.0 PRO.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались на Восьмой всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств», третьем специализированном конгрессе зернопереработчиков «Нивы России» (Барнаул, 2005 г).
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс по кафедре «Машины и аппараты пищевых производств» АлтГТУ им И.И. Ползунова.
Пневмоинерционный классификатор был испытан в производственных условиях на ЗАО «Алейскзернопродукт» им. С.Н. Старовойтова, получен акт о внедрении.
Принято к внедрению техническое предложение по использованию пневмоинерционного классификатора-разгрузителя для разделения продуктов размола зерна, получен акт о внедрении результатов НИР (ОКР) на ООО «Машиностроительный завод «Мельник».
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, экспериментальной части, теоретической части, выводов, библиографического списка литературы из 108 наименований, в том числе 6 иностранных. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка, 13 таблиц.работы
Классификация устройств и способов, используемых для очистки пы-левоздушных потоков
В зависимости от свойств пыли, необходимой степени очистки воздуха, параметров воздушной среды, а также энергозатрат выбирается тот или иной тип пылеотделителя. Пылеотделители предназначены для очистки воздуха от пыли с целью устранения загрязнения окружающего атмосферного воздуха, извлечения из воздуха ценных пищевых и кормовых продуктов, предотвращения пылевых взрывов. По размерам отделяемых частиц пылеотделители условно делят на такие группы: а) для грубой очистки, отделяемые частицы размером более 100 мкм; б) для средней очистки, то же 100-10 мкм; в) тонкой очистки, то же менее 10 мкм; г) для микрофильтрации, то же от 1-Ю мкм; д) для ультрафильтрации, отделения частиц размером от 5 10 -10 мкм; е) для обратного осмоса, то же от 5 10"4-10" мкм [64, 65, 68]. В вентиляционной технике применяют механические, электрические, химические и комбинированные способы очистки воздуха от пыли. Механические способы очистки подразделяются на сухие, мокрые и масляные [2, 16, 23,24, 64, 78].
В центробежных, инерционных и гравитационных пылеотделителях используется механический сухой способ обеспыливания воздуха. Для отделения пыли от воздуха, в таких пылеотделителях, используются силы тяжести, инерции и центробежные силы.
При сухом механическом фильтровании запыленный воздух пропускают через пористые материалы (ткань, синтетические и керамические материалы). Частицы пыли за счет сил трения прилипают к поверхности пор или другим прилипшим частицам и не проходят сквозь фильтр.
В масляных фильтрах запыленный воздух проходит через сетчатую или пористую поверхность, покрытую тонким слоем масла. Частицы пыли, проходя через эту поверхность, прилипают к ней.
В мокрых пылеотделителях запыленный воздух пропускают через завесу распыленной воды. Пыль, проходя через завесу, прилипает к каплям воды. Вместе с водой пыль оседает и поступает в стоки на очистку воды [23].
Электрический способ очистки воздуха от пыли основан на зарядке частиц пыли током или на использовании статических зарядов, приобретенных в результате трения частиц о стенки в момент их движения. Далее частицы попадают в электромагнитное поле, создаваемое электромагнитом и притягиваются к нему.
Химический способ очистки воздуха от пыли заключается в том, что запыленный воздух пропускают через химический состав или раствор. Частицы пыли вступают в химическую реакцию с веществом реагента и нейтрализуются в виде осадка, солей, растворов или соединений.
Наиболее эффективными являются мокрый, масляный и электрический способы обеспыливания воздуха. Но в связи с тем, что очистку воды и масла осуществить очень сложно, а электрический способ дорог, то наибольшее применение в настоящее время, на предприятиях по хранению и переработке хлебопродуктов, нашли механические сухие способы очистки воздуха от пыли [3, 6, 7, 8, 46, 73, 74].В настоящее время в гравитационных, инерционных, центробежных и комбинационных пылеотделителях достигается эффективность очистки до 99%.
Наибольшая эффективность достигается фильтрованием воздуха через пористые материалы или фильтрованием в комбинации с использованием центробежных, инерционных и гравитационных сил. В настоящее время фильтрованием через ткань в фильтрах-циклонах типа РЦИ достигается эффективность обеспыливания воздуха до 99,9% [3].
На предприятиях по переработке зерна в муку получили наибольшее распространение инерционно-гравитационные и фильтрующие пылеотделители [6,17, 70].
Инерционно-гравитационные пылеотделители (циклоны) применяются для сухой очистки больших объемов воздуха. По сравнению с другими пылеотделителями они обладают следующими преимуществами: простота конструкции, надежность и экономичность; удовлетворительная работоспособность, долговечность и ремонтопригодность; большая пропускная способность при сравнительно невысоких аэродинамических сопротивлениях.
По конструкции и эффективности циклоны классифицируют по следующим признакам: 1) По способу ввода пылевоздушной смеси: винтовой или плоскотангециаль-ный, плоский спиральный, спирально-винтовой. 2) По способу отвода пыли: сборным шнеком, в герметизированный бункер, шлюзовым затвором, грузовыми клапанами, в бункер с отсосом вытесняемого воздуха, аэромеханическим способом. 3) По конструктивным особенностям: по форме (цилиндрические пцЛж 1; ко-ническо-цилиндрические Ьц/пк =1); конические Ьц/Ьк 1); по размерам (большевы-сотные ho/dH 2, маловысотные ho/dH 2). 4) По направлению вращения: левые, правые. 5) По количеству циклонов в установке: одиночные; групповые (однорядные, двурядные). 6) По месту применения (размольное отделение мельницы, элеваторы, подготовительное отделение мельниц, крупяные и комбикормовые заводы). 7) По составу отделяемой пыли: (минеральная, органическая, смешанная). Наиболее часто применяются такие марки циклонов как: -ЦОЛ (коэффициент пылеочистки равен 0,94). Применяются для грубой предварительной очистки крупной минеральной пыли в сетях элеваторов и зерноскладов; -ЦР (коэффициент пылеочистки равен 0,95-0,96). Объединяются в батарейные установки 4БЦШ используются для отделения среднедисперсной пыли в сетях подготовительного отделения мельниц, в крупяных и комбикормовых заводах; -УЦ (коэффициент пылеочистки равен 0,98-0,995). Для отделения тонкодисперсной пыли в сетях размольного отделения мельниц. Это групповые циклоны [23,30]. Следует отметить, что реальная эффективность очистки воздуха в циклонах в производственных условиях гораздо ниже (порядка 80%), что обусловлено различными причинами, одной из таких причин, например, может являться не выполнение условия по соответствию входной скорости оптимальному значению. Степень очистки воздуха в циклоне (т.е. эффективность очистки) зависит от физико-механических свойств пыли, скорости воздушного потока в сечении входного патрубка циклона и диаметра циклона [29,44]. К физико-механическим свойствам пыли, влияющим на процесс пылезадержа-ния, относят такие как размеры, плотность и слипаемость частиц пыли. Наибольшее распространение в настоящее время на предприятиях агропромышленного комплекса получили одиночные и батарейные циклоны типа БЦШ и УЦ (однорядные и двухрядные).
Выбор параметров, обеспечивающих самодвижение слоя сепарированных частиц на поверхности цилиндра
Для проведения испытаний, лабораторный стенд классификатора был оснащен специальным измерительным лабораторным оборудованием и приборами. Для определения удельного расхода воздуха предварительно определяли скорость и расход воздуха в установке, а так же расход продукта. Опыт проводили в следующей последовательности: Включали последовательно воздуходувку, центрифугу, приемно-питающее устройство, при помощи электронного тахометра выставляли частоту вращения центрифуги (при определении скорости и расхода воздуха использовали п=800-2000 об/мин) Измеряли статическое давление; Подавали продукт и вновь измеряли статическое давление; Мелкие частицы, с потоком воздуха проходя по полому валу центрифуги, попадают в циклон и осаждаются в бункере легкой фракции.
Разработанная установка позволяет в лабораторных условиях провести исследование по разделению продуктов при различных режимах, меняя число оборотов центрифуги, разряжение воздушного потока. При этом достигаются показатели высокой степени однородности разделенного продукта. Как показали предварительные эксперименты, отделимость крупной фракции полидисперсной аэросмеси в среднем составляет 75%, мелкой около 5%.
Наличие в мировой практике конструкций, использующих аналогичные принципы и имеющих производительность до 1000 кг/час дает хорошие предпосылки для реализации отработанных режимов и конструктивных решений, используемых в этой установке, на установке промышленного типа.
При проведении испытаний, выяснилось, что на эффективность работы пнев-моинерционного классификатора оказывает влияние гранулометрические свойства продукта, поступающего в установку. Рабочее пространство классификатора образовано двумя вращающимися коническими поверхностями, между которыми происходит движение продукта. Экспериментально было замечено, что отдельные частицы продукта по размерам не должны превышать расстояния между дисками продукта и зазоров между дисками и корпусом классификатора. Если же данное условие не выполнялось, то эффективность разделения резко падает, либо происходит забивание продуктом пространства между дисками и останов работы. Подобное явление приводит к выводу о том, что для эффективного разделения продукта в классификаторе существуют некоторые граничные условия по дисперсному составу поступающего продукта, и размеры основного рабочего органа так же определяются свойствами продукта.
На эффективность процесса разделения продукта в классификаторе влияют так же удельный расход воздуха и продукта. Для данной опытной модели классификато-ра оптимальный удельный расход составляет q = 0,5 м /кг ч.
Эффективность работы классификатора это комплексный показатель, он определяется наибольшей степенью выделения фракций из аэросмеси при наименьших энергетических и эксплуатационных затратах. К основным показателям работы установки можно отнести частоту вращения вала центрифуги п, об/мин, пропускную способность установки, кг/ч, время отделения продукта t, мин. Поскольку установка лабораторного классификатора имеет определенный постоянный зазор между дисками, то для разделения в ней должен использоваться продукт определенной дисперсности. Как показали эксперименты, наилучшие результаты данная установка дает при разделении таких фракций как манная крупа и мука. Поэтому дальнейшие эксперименты проводились именно с данными продуктами размола. Задачей эксперимента было выяснить: какое количество продукта должно поступать в классификатор в единицу времени при данных кинематических и аэродинамических характеристиках установки. Определяли количество отделенных крупной и мелкой фракций при фиксированном числе оборотов вала центрифуги за определенное время. В качестве продукта использована крупа манная. Эксперименты производились в следующей последовательности: С помощью весов определяли навеску продукта массой 50 г; Включали последовательно воздуходувку, центрифугу, приемно-питающее устройство; При помощи электронного тахометра выставляли определенную частоту вращения вала центрифуги; Подавали продукт, засекали время; Когда продукт в приемно-питающем устройстве заканчивался, делали отсчет времени, взвешивали количество отделенной крупной и мелкой фракции; Результаты эксперимента записывали в таблицу 4.2 Повторяли эксперимент при другой частоте вращения. Цель испытаний классификатора - определение оптимального значения частоты вращения ротора при максимальной эффективности процесса а) При открытой задвижке б) При закрытой задвижке в)С продуктом Для определения скорости воздуха производились измерения статического давления во входном коллекторе, предварительно тарированном, далее производился расчет скорости по формуле 9 = a,jHcm , где а - тарировочный коэффициент.
Определение гранулометрического состава мучного продукта
При выводе формул (2.69), (2.71) не учитывалась сила аэродинамического сопротивления движению частиц, т.к. в случае плотного пылевого слоя влияние такой силы будет относительно малым.
Чтобы воспользоваться формулой для vcp в виде (2.71) необходимо установить величину 26 (рад) - угловой размер «волны» отрыва частиц. Найдем эту величину из выражения (2.62), учитывая условие (2.63), а также представляя угловое положение точки в окрестности То в виде: Предполагая угол д относительно малым, имеем: В результате всего этого получим для искомой величины 6 равенство: Здесь радиус ОС вращения центра масс определяется в общем случае по формуле (2.56), а в случае резонанса по формуле (2.57). Для определения коэффициента с жесткости шайб классическим способом следует повернуть цилиндр вместе с осью и упругими шайбами, сделав ось вращения Oz горизонтальной. Далее в стационарном состоянии замеряют статическую деформацию системы, т.е. отклонение Яст центра масс цилиндра от оси Oz при действии силы тяжести цилиндра и затем из условия равновесия сил тяжести и упругой силы: вычисляют коэффициент жесткости. Для определения коэффициента /? или коэффициента затухания п свободных колебаний в указанном выше положении цилиндра отклоняют его по вертикали от положения статического равновесия на расстояние Ь0 и отпускают. Цилиндр станет совершать свободные затухающие колебания. Пусть после некоторого числа полных колебаний за время U наибольшее отклонение центра масс станет равным Ы. Все эти величины следует замерить. Теоретические выражения: На основе полеченных результатов возможно создание опытного образца се паратора, который способен повысить процесс пневмосепарации продуктов раз мола и пыли на зерноперерабатывающих предприятиях. Анализ математической модели сепарирования воздушно-пылевого потока в кольцевом воздушном канале, ограниченном двумя вращающимися конусами, показал возможность осаждения в сепараторе, данного типа, мучной пыли. Для частиц, скорость витания которых 1,5 м/с (мучная пыль) существенно увеличивается время движения в канале до момента их осаждения на стенке внешнего конуса по сравнению с «тяжелыми» частицами, скорость витания которых от 2 м/с и выше (отруби, зерновая пыль органического происхождения). Уменьшение межконусного расстояния позволяет перевести частицы на внешний конус наиболее эффективно за меньший промежуток времени. Увеличение угловой скорости вращения при неизменном радиусе внешнего конуса и постоянном расходе воздуха позволяет уменьшить высоту конусов, минимальному значению угловой скорости соответствуют максимальные размеры сепаратора данного типа. Известно, что наиболее результативны комбинированные устройства и методы очистки. Одним из видов инерционного сепаратора с кольцевым воздушным каналом можно рассматривать сепаратор, состоящий из двух коаксиальных конусов, в котором разделение воздушно-пылевой смеси происходит за счет действия центробежных сил. Траектории частиц показывают, что для оседания на поверхность в пределах рабочей области необходимо большое значение центробежной силы. Для этого нужно получить достаточную частоту вращения конусов (следовательно, угловую скорость со). Чем больше угловая скорость, тем чаще частица будет «отскакивать» от поверхности цилиндра, тем самым, увеличивая время и качество сепарирования. Между тем, с ростом частоты вращения конусов увеличивается энергопотребление процесса. Моделирование ведется для работы сепаратора на продуктах размола зерна, для которых скорость витания находится в пределах 0,05-0,5 м/с (для построения графиков использовалось VBHT=0,05 м/с), следовательно, для данного продукта нет необходимости создания слишком больших оборотов (соответственно больших угловых скоростей). Но с другой стороны, чем меньше угловая скорость, тем дальше частица пролетит и осядет на стенку канала (графики см. выше), а для процесса желательно чтобы частица достигла стенки и начала виброперемещение раньше, так как это позволяет сократить протяженность кольцевого пространства, а следовательно и металлоемкость конструкции. Учитывая вышеизложенное, наиболее оптимальной считается угловая скорость вращения конусов со=[80-150]рад/с (п [765-1435]об/мин). Исследование математической модели вибрационного перемещения частицы позволило выявить характерную зависимость между траекторией и временем движения частиц и сочетанием значений амплитуды и частоты колебания поверхности. Определено, что форма траекторий движения частиц при различных значениях частоты и амплитуды колебаний существенно не отличается. Используя имеющиеся рекомендации по режимам вибрации как метода регенерации поверхностей сепаратора, а так же на основе данных полученных методом математического моделирования, при проведении экспериментальных исследований был проверен режим регенерации поверхностей на малых значениях амплитуды колебания: от 1 мм до 10 мм, и частоте колебания от 10 до 100 Гц. Для проверки основных теоретических положений работы, а так же для определения оптимальных кинематических и технологических параметров работы пнев-моинерционного классификатора разработана программа экспериментальных исследований, которая включает в себя: - исследование влияния удельного расхода воздуха на эффективность пневмосепарирования; - определение оптимальных кинематических параметров пневмоклассификатора; - определение оптимальных частоты вращения ротора пневмоинерционного классификатора и входной скорости воздушного потока в установку на эффективность сепарирования.
Анализ математической модели процесса пневмосепарирования, оптимизация параметров, обоснование выбора параметров инерционного сепаратора для продуктов размола зерна и воздушно-пылевой смеси
Основной недостаток данной системы - высокие энергетические затраты. Затраты энергии на отсев относов с циклонов-разгрузителей складываются от следующих единиц оборудования: компрессор для продувки рукавов фильтра-циклона 5,5 кВт -2 шт., вибровымольные машины 7,5 кВт - 2 шт., шлюзовые затворы разгрузителя сходовых продуктов с вибровымольной машины 0,75 кВт, что составляет 30,11 кВт. То есть, на обработку относов приходится около 14% энергозатрат, при проценте относов всего 1,6% от общей нагрузки.
Значительно снизить нагрузку, можно было бы, избавившись от относов с циклонов-разгрузителей, не только за счет отсутствия просева и возврата. Если не будет относов, то не потребуется высокая скорость воздуха в сборном коллекторе, этим можно значительно снизить сопротивление коллектора и соответственно значительно снизить мощность вентиляторов пневмолинии. При отсутствии относов снизится так же нагрузка на рассевы, что так же принесёт некоторую экономию электроэнергии [32, 60]. Для снижения энергозатрат предлагается использовать пневмоинерционный классификатор, который разрабатывается на кафедре "Машины и аппараты пищевых производств" (МАПП) АлтГТУ.
Продукты измельчения зерновых материалов состоят из частиц различной дисперсности и неправильной геометрической формы. Разделение таких частиц, их поведение в аппаратах, взаимодействие с рабочими органами неодинаково. Поэтому для обоснованного выбора и правильной оценки работы разделительных устройств необходимы сведения о дисперсном составе продуктов размола. По данным исследований, способ разделения муки на фракции в диапазоне частиц величиной 0-100 мкм находится за пределами возможного сортирования на ситах [38, 60].
Задача получения высококачественной, высокобелковой муки, в условиях производства, не может быть решена с помощью ситового разделения продуктов помола. Для этой цели приемлемы сепараторы, работа которых основана на других принципах, например, центробежные, пневмоцентробежные. Важной особенностью работы классификаторов такого типа является возможность выделения фракции частиц от 90 мкм и меньше, характеризующейся высоким содержанием белка, что не позволяют современные ситовые поверхности.. Особенно интенсивно идет разделение фракций в том случае, если они имеют различную плотность (например, у частиц белка она составляет 1,3 г/мл, у крахмала 1,5 г/мл).
По конструктивному выполнению классификаторы можно разделить на модели с вертикальной и горизонтальной осью вращения ротора (вентилятор является составной частью ротора и находится с ним на одной оси).
По способу подачи продукта, подлежащего сортированию на фракции, и вывода полученных фракций различаются рассеивающие и струйные сепараторы. В рассеивающих сепараторах (циркуляционных и спиральных) продукт подается механическим рассеиванием в зоне сепарации. Обычно в таких сепараторах поток воздуха создается непосредственно в их корпусе и они работают с замкнутым циклом. К этой группе относятся также модели, в которых циркулирующий поток воздуха создается вне сепаратора, при этом выделение тонких фракций из воздушного потока может быть как внутренним, так и наружным.
В струйных сепараторах продукт поступает в струе воздуха, а тонкие фракции выносятся воздушным потоком и осаждаются в специальных уловителях - циклонах, фильтрах. Центробежные и центробежно-гравитационные классификаторы выгодно отличаются от гравитационных по четкости разделение продукта на фракции вследствие возможности изменять скорости вращения ротора, изменять напряженность поля центробежных сил в зоне сепарирования и тем самым регулировать величину сил, действующих на частицы.
В центробежных сепараторах действуют силы, 100-1000 раз превышающие силы тяжести, а скорости воздуха достигают 50 м/с и выше, что позволяет достаточно четко и в широких пределах регулировать дисперсность готовых продуктов.
По данным зарубежных исследователей, мука наиболее четко разделяется на фракции в диапазоне частиц размером от 0 до 100 мкм, т.е. за пределами возможного сортирования на ситах [76, 79].
Центробежное пневматическое сепарирование представляет большой интерес, как новый для мукомольного производства способ сортирования продуктов измельчения зерна.
Применение таких сепараторов на отдельных этапах технологического процесса при сортовом помоле может обеспечить более высокий эффект по сравнению с просеивающими машинами (рассевами) в части достижения высокой производительности агрегатов при достаточно четком разделении продуктов размола зерна по крупности фракций.
Следует отметить, что при пневмосепарировании достигается сортирование не только по размерам частиц, но и по плотности. Последнее выдвигает в перспективе возможность значительного сокращения технологического процесса на мельницах в том случае, если удастся совместить в этих машинах три операции: дополнительное измельчение наиболее крупных частей, сортирование продукта по величине и его обогащение без применения ситовеечных машин.
В настоящее время под руководством профессора Злочевского В.Л. разработан экспериментальный стенд пневмоклассификатора для разделения продуктов размола. Исследования работы классификатора проводились в научно-исследовательской лаборатории кафедры МАПП, а так же в производственных условиях размольном отделении мельницы ЗАО «Алейскзернопродукт» им С.Н. Старовойтова
